葉輪是離心通風(fēng)機的做功部件，葉輪性能是影響風(fēng)機氣動性能最主要的因素，因而對其進行深入研究具有重要意義。本文通過回顧以往多翼離心風(fēng)機的研究，并對多翼離心風(fēng)機內(nèi)流展開討論，提出對原型風(fēng)機的改進方案。主要目標(biāo)是改善進口附近內(nèi)流情況，以達到提高原型風(fēng)機的壓力(全壓和靜壓)的目的。提出以下4種方案:前蓋板封閉度分別為30%、60%、100%，以及葉輪采用錐形前盤方案。數(shù)值結(jié)果顯示:改變前蓋板封閉度能夠影響風(fēng)機性能，在設(shè)計工況下，前蓋板封閉度為60%時風(fēng)機靜壓和全壓都為最大;在蝸殼結(jié)構(gòu)不變的情況下，采用錐形葉輪并不能達到提高壓力和效率的效果，在大流量下，采用錐形葉輪風(fēng)機的壓力和效率反而會降低。

1、前言

　　回顧以往多翼離心風(fēng)機內(nèi)流及性能改進的研究，主要集中在3個方面:

　　(1)進口流場的均勻性影響因素分析及改進方法研究;

　　(2)葉輪流道內(nèi)流場均勻性研究，葉輪軸向做功負荷研究，葉輪外緣射流-尾跡影響因素研究;

　　(3)蝸殼周向壁面附近及蝸舌處內(nèi)流場研究，蝸殼出口擴壓段流場研究。

　　本文討論的重點是通過改進進口流場來提高整機性能。之前研究者對于進口流場的研究主要集中在集流器形式及安裝位置對進口流場影響，軸向間隙的取值對整機性能的影響，增加防渦圈對風(fēng)機內(nèi)流的改善。多翼離心風(fēng)機前盤結(jié)構(gòu)形式對整機性能影響的文獻比較少。

　　本文對原型多翼離心風(fēng)機進行整機三維流場數(shù)值計算和流場分析，在此基礎(chǔ)上提出4種前盤結(jié)構(gòu)改進方案。通過對比4種方案的全流量性能曲線，找出了前蓋板封閉度及錐形前盤對整機性能影響的一般規(guī)律。

2、研究對象

　　葉輪外徑D2=70mm，葉輪內(nèi)徑D1=53mm，葉輪進口安裝角β1A=53°，葉輪出口安裝角β2A=143°，葉片高度b=15mm，葉片數(shù)z=45，葉片厚度σ=0.8mm;本文原型風(fēng)機設(shè)計工況為:全壓P=170Pa(靜壓120Pa)，流量Q=17m3/h，轉(zhuǎn)速n=4500r/min。

　　原型機葉輪用PRO/E建模，葉輪及尺寸如圖1所示。原始風(fēng)機設(shè)計葉輪只有后盤，不帶前盤，只是依靠葉輪出風(fēng)口側(cè)的端面外徑處的圈圍結(jié)構(gòu)進行加固。

圖1 原型風(fēng)機葉輪模型

　　采用等邊基元法作圖法求得蝸殼內(nèi)壁型線，進而確定尺寸。上蝸殼及下蝸殼建模效果如圖2所示。

圖2 上蝸殼及下蝸殼建模

　　上蝸殼用PRO/E建模效果如圖2(a)所示，其頂端壁面厚度為2mm，進口處未進行倒圓角處理。下蝸殼建模效果如圖2(b)所示，內(nèi)部中間階梯型凸起的作用是裝配軸承并定位葉輪安裝高度(葉輪后蓋板外壁面到蝸殼內(nèi)壁面的距離為1mm)，保證轉(zhuǎn)動同心度;底面下凹部分和兩個圓柱凸起是裝配和定位電路板，保證電機正常運轉(zhuǎn)。

6、結(jié)論

　　(1)在小于設(shè)計工況流量的小流量區(qū)間，無論是改變?nèi)~輪前盤的封閉度，還是采用錐形前盤，對多翼離心風(fēng)機整機的性能影響都不大;在設(shè)計工況及大于設(shè)計工況流量的大流量區(qū)間，改變?nèi)~輪前盤封閉度及采用錐形前盤對多翼離心風(fēng)機整機性能影響很大，并且隨著流量的增大，這種改變對多翼離心風(fēng)機整機性能的影響越大。說明只有多翼離心風(fēng)機大部分時間在設(shè)計工況下及大于設(shè)計工況流量區(qū)間運行時，改變?nèi)~輪前盤封閉度及采用錐形葉輪來提高風(fēng)機性能的方法才有明顯的效果;

　　(2)在小于設(shè)計工況流量的小流量區(qū)間，各方案流量—全壓、流量—靜壓、流量—全壓效率、流量—靜壓效率曲線有交叉，規(guī)律性不強，但是在設(shè)計工況下及大于設(shè)計工況流量區(qū)間內(nèi)，改變多翼離心風(fēng)機前盤封閉度及采用錐形前盤對每個性能參數(shù)的影響是基本一致的，即:采用方案不同，整機的全壓，靜壓，全壓效率，靜壓效率要么全部下降，要么全部升高。對于在設(shè)計工況及大于設(shè)計工況流量下運行的多翼離心風(fēng)機，這為前盤封閉度方案的選擇提供了方便，即:只需比較一個性能參數(shù)就可推測其他性能參數(shù)的優(yōu)劣;

　　(3)只考察設(shè)計工況，風(fēng)機前蓋板封閉度在0～100%之間有一最優(yōu)值，在本文所有方案中此最優(yōu)值為封閉度60%。雖然封閉度為100%時前盤附近(蝸殼前蓋板處)的回流最小，但是方案100%卻不是最優(yōu)方案，這說明合理分配風(fēng)機前、中、后盤的負荷能夠有效提高多翼離心風(fēng)機的整機性能;

　　(4)在蝸殼結(jié)構(gòu)不變的情況下，多翼離心風(fēng)機采用封閉度為100%的錐形葉輪并不能達到提高壓力和效率的效果。在大流量下，封閉度為100%的錐形葉輪風(fēng)機的壓力和效率反而會降低，主要原因是采用錐形前盤后增大了蝸殼與葉輪在前盤處的軸向間隙，從而加劇了前盤附近(蝸殼前蓋板處)的回流，惡化了前盤附近的流動。